第三章平面机构的结构分析.doc

第3章平面机构的结构分析
(一)基本要求:
1、熟练掌握机构运动简图的绘制方法。能够将实际机构或机构的结构图绘制成机构运动简图;能看懂各种复杂机构的机构运动简图;能用机构运动简图表达自己的设计构思。
2、掌握运动链成为机构的条件。
3、熟练掌握机构自由度的计算方法。能自如地运用自由度计算公式计算机构自由度,尤其是平面机构的自由度。
4、能准确识别出机构中存在的复合铰链、局部自由度和虚约束,并作出正确处理。
(二)教学的重点与难点:
机构运动简图的绘制、机构自由度的计算、判断运动链能否成为机构和机构的组成原理是本章学习的重点。前面两个重点又是学习中的难点和必须正确熟练掌握的内容。
(三)教具
挂图
(四)教学内容
机构的组成
平面机构的运动简图
平面机构的自由度

机构的组成
运动副
所有构件都在同一平面内或平行平面内运动的机构称为平面机构,否则称为空间机构。由于机械中常见的机构多为平面机构,故本章仅讨论平面机构。
使两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接,称为运动副。轴承中的滚动体与内、外圈的滚道、啮合中的一对齿廓、滑块与导槽,均保持直接接触,并能产生一定的相对运动,因而它们都构成了运动副。
运动副:两构件直接接触所形成的可动联接。
运动副元素:两构件直接接触而构成运动副的点、线、面部分。


轴与轴承间构成运动副,轴的外圆凸轮与滚子间构成运动副,凸轮
柱面与轴承内孔为运动副元素。与滚子接触部分为运动副元素。
自由度和运动副约束
    一个作平面运动的构件有3个独立运动的参数:沿轴x、轴y和绕垂直于xoy平面的轴的转动。这个自由构件有三个独立运动的可能性。构件所具有的这种独立运动的数目称为构件的自由度。所以一个作平面运动的自由构件有三个自由度。
但当这些构件之间以一定的方式联接起来成为构件系统时,各个构件不再是自由构件。两相互接触的构件间只能作一定的相对运动,自由度减少。这种对构件独立运动所施加的限制称为约束。运动副每引入一个约束,构件就失去一个自由度。
运动副的类型
一、按运动副的接触形式分:
低副:构件与构件之间为面接触,其接触部分的压强较低。
高副:构件与构件之间为点、线接触,其接触部分的压强较高。
(一) 低副
两构件通过面接触而构成的运动副称为低副。根据两构件间的相对运动形式,低副又可分为转动副和移动副。
 
两构件只能组成在一个平面内作相对转动的运动副称为转动副(或铰链),如下图片。

两构件只能沿某一方向线作相对移动的运动副称为移动副。

   两构件通过点或线接触组成的运动副称为高副。如图所示,凸轮与从动杆及两齿轮分别在其接触处组成高副。

低副接触 高副接触
二、按相对运动的形式分:
 平面运动副:两构件之间的相对运动为平面运动。
 空间运动副:两构件之间的相对运动为空间运动。

平面运动副 空间运动副
三、按接触部分的几何形状分

圆柱副 球面副 球面与圆柱副 螺旋副 圆柱与平面副
【 运动副所属类型、代号及表示符号】
名称
代号
运动副类型
图
基本符号
自由度
引入约束
转动
移动
球与平面副
空间1级高副
0
1
圆柱与平面副
空间2级高副
1
1
球与圆柱副
空间2级高副
0
2
球面副
S
空间3级低副
0
3
平面与平面副
E
平面3级低副
2
1
球销副
S'
空间4级低副
1
3
圆柱副
C
空间4级低副
2
2
平面高副
平面4级高副
2
2
螺旋副
H
空间5级低副
2或3
3或2
移动副
P
平面5级低副
3
2
转动副
R
平面5级低副
2
3
运动链和机构
两个以上的构件以运动副联接而构成的系统称为运动链。未构成首末相连的封闭环的运动链称为开链,否则称为闭链。在运动链中选取一个构件固定(称为机架),当另一构件(或少数几个构件)按给定的规律独立运动时,其余构件也随之作一定的运动,这种运动链就成为机构。机构中输入运动的构件称为主动件,其余的可动构件称为从动件。由此可见,机构是由主动件、从动件和机架三部分组成的。
运动链是指两个或两个以上的构件通过运动副联接而构成的系统。
闭式运动链(闭链):运动链的各构件构成首末封闭的系统。
开式运动链(开链):运动链的各构件未构成首末封闭的系统。
闭链开链
在运动链中,如果将某一个构件加以固定,而让另一个或几个构件按给定运动规律相对固定构件运动时,如果运动链中其余各构件都有确定的相对运动,则此运动链